Planning for biodiversity and cereal production in the Gariep Basin : a conservation perspective
Date
2006-04
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Biodiversity feature richness and cereal production potential increase west to east
across South Africa's Gariep basin, the regional focus area in the Southern African
Millennium Ecosystem Assessment. lrreplaceability, developed for measuring biodiversity
value, provides a unit free, spatially explicit measure that can be used to measure an area's
importance in terms of cereal production. It provides a common currency to measure
competing land-uses. This study models cereal production potential for four cereal types
(maize, millet, sorghum, wheat) and sets three cereal production targets, based on minimum
nutritional cereal demands and models of actual consumption rates.
Chapter 2 uses C-Plan to determine irreplaceability and compares the irreplaceability
values for cereal production potential and biodiversity. Higher cereal production targets
increase the irreplaceability of sites for cereal production and increase the number of sites
with high irreplaceability for both biodiversity and cereal production. These sites thus have
high potential for conflict between these land-uses. Areas of conflict occur primarily across
the central eastern region, largely in the grassland biome. The biodiversity features and cereal
production potential of these sites are known, thus making potential trade-offs involved in the
conservation of these sites explicit.
Sites with conflict potential can be avoided using area selection algorithms that
maximise conservation target achievement while minimising the cost to cereal production. CPlan'
s simple iterative heuristic approach to minimising costs succeeds in avoiding some
areas of conflict potential but more complex algorithms provide better solutions. The
simulated annealing algorithm available in another conservation planning software platform,
MARXAN, offers a more complex consideration of penalties and costs associated with
meeting conservation targets and minimising cereal production costs. Chapter 3 finds that the
balance between the penalties for not achieving all biodiversity targets and those for
exceeding the cereal cost thresholds in MARXAN are critical, impacting the achievement of
certain biodiversity feature targets. Important penalties include the conservation feature
penalty factor, the cost threshold, and the cost threshold control parameter. MARX.AN
generates numerous solutions for a single problem, providing a measure of a site's selection frequency over a number of runs. The central eastern region has highest variability in
selection frequency where both cereal production and biodiversity irreplaceability are high.
As cereal production targets increase, sites in this region become more difficult to avoid and
trade-offs are unavoidable.
Comparing the software, chapter 4 concludes that the relationships between the inputs
and planning parameters on outputs are crucial for effective conservation decision making. CPlan'
s sensitivities are restricted to the combination size and site selection rules. MAR.XAN
requires numerous input parameters that collectively provide more variable outputs. Further
documentation on best and current practices in MARXAN, sensitivities of conservation
outputs to input parameters, and awareness of these sensitivity in capacity building exercises
are required to guide decision makers. Irreplaceability allows the comparison of two different
objectives and the potential trade-offs that might exist. Explicit inclusion of cereal production
potential into systematic conservation planning frameworks generates more cost effective and
socially acceptable reserve solutions that strengthen the partnership between conservation and
civil society.
Key Words: conservation planning, biodiversity, cereal production, irreplaceability, tradeojfs,
opportunity costs, MARXAN, C-Plan.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Landbouproduksie en biodiversiteitsbewaring kompeteer tradisioneel om land terwyl biodiversiteit en graanproduksie ook toeneem van wes na oos oor die Gariep opvangsgebied. "Onvervangbaarheid" is 'n eenheidsvrye maatstaf, ontwikkel vir die meet van biodiveriteitswaarde, is ruimtelik spesifiek en kan ingespan word vir die bepaling van die belang van 'n gebied vir graanproduksie. Die studie gebruik 'n graanproduksiemodel, wat die produksiepotensiaal van vier graansoorte (mielies, giers, sorgum and koring) modeleer en drie graanproduksiedoelwitte stel. Die doelwitte is gebaseer op die minimum graanaanvraag en twee modelle van graanverbruik. Onvervangbaarheid is bepaal met "C-Plan" sagteware en die gegenereerde graanproduksie "onvervangbaarheidswaardes" is- ruimtelik vergelyk met biodiversiteit onvervangbaarheidswaardes. Hoer graanproduksiedoelwitte verhoog die onvervangbaarheid van areas vir graanproduksie. Dit verhoog ook die aantal areas met 'n hoe onvervangbaarheid vir biodiversiteitsbewaring en graanproduksie, en verhoog dus die aantal areas met 'n hoe landsgebruik konflik-potensiaal. Sulke konflikgebiede val primer in areas met hoe graanproduksiepotentiaal (bv. die sentraal-oostlike gebiede van die opvangsgebied - grootliks in die grasveld bioom). Die biodiversiteitskenmerke en graanproduksiepotentiaal van die areas is egter bekend, en maak die potensiele afspeling tussen bewarings- en produksie doelwitte haalbaar. Areas met konflik potentiaal kan vermy word deur optimerings keuringsalgoritmes, wat strewe om biodiversiteitsbewaringsdoelwitte te behaal terwyl kostes ten opsigte van altematiewe landsgebruike ge-minimaliseer word, te gebruik. C-Plan volg 'n iteratiewe heuristiese benadering om kostes te verlaag en slaag daarin om moontlike konflik areas te vermy. Optimeringsalgoritmes verskaf egter beter oplossings. MARXAN gebruik 'n gesimuleerde anneuliese algoritme wat meer komplekse probleme omtrent biodiversiteitsbewaring en graanproduksie kan oplos. Die sensitiwiteit van algoritme parameters, wat die balans tussen biodiversiteitsdoelwitte en die koste-drumpelwaardes vir graanproduksie bepaal, is ondersoek. Drie beplannings parameters is gebruik: die bewaringsdoelwit-boete-drumpelwaarde, die koste-drumpelwaarde en die koste-drumpelwaarde-kontrole-parameter. Resultate toon hoe die balans tussen die boetes vir die nie behaling van biodiversiteitsdoelwitte en die oorskreiding van graanproduksie kostedrumpelwaardes, kritiek is. MARXAN produseer meervuldige goeie oplossings vir 'n probleem, wat die frekwensie waarmee individuele gebiede oor alle oplossings geselekteer word, aandui. Die grootste ruimtelik variasie tussen oplossings was in die sentraal-oostlike dele van die opvangsgebied, waar graan produksiepotentiaal en biodiversiteitskenmerke albei hoog is. As graanproduksiedoelwitte verhoog, raak areas in die ooste van die opvangsgebied toenemend moeilik om te vermy. Afspelings tussen doelwitte in hierdie areas raak dan onvermydelik. Die vergelyking tusen "C-Plan"en MARXAN maak d it duidelik dat die verwantskap tussen insette en beplanningsparameters van uitsette van kritieke belang is vir effektiewe bewaringsbeplanning. By C -Plan word dit beperk deur die kombinasie grootte en die reels ingespan tydens die seleksie proses. In MARXAN word verskeie inset parameters benodig, wat meer veranderlike uitsette !ewer. Die keuse oor welke sagteware platform ingespan moet word hang af van verskeie faktore, maar beter dokumentasie van beste praktyke, kennis rondom die sensitiwiteit van bewaringsuitsette vir inset parameters, en bewusmaking onder gebruikers word benodig. Die vermoe om gebiede direk te vergelyk in terme van hul onvervangbaarheid vir biodiversiteitsdoelwitte en graanproduksiedoelwitte, maak konstruktiewe afspelings tussen kompeterende landsgebruike moontlik. Die insluiting van graanproduksiepotentiaal in 'n bewaringsbeplanningsraamwerk demonstreer verskillende oplossings wat onderhandelinge rondom die daarstel van meer koste effektiewe en sosiaal aanvaarbare bewaringsplanne kan aanhelp. Sleutelwoorde: bewaringsbeplanning, biodiversiteit, graanproduksie, onvervangbaarheid, afspeling, geleentheidskostes, MARXAN, C-Plan.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Landbouproduksie en biodiversiteitsbewaring kompeteer tradisioneel om land terwyl biodiversiteit en graanproduksie ook toeneem van wes na oos oor die Gariep opvangsgebied. "Onvervangbaarheid" is 'n eenheidsvrye maatstaf, ontwikkel vir die meet van biodiveriteitswaarde, is ruimtelik spesifiek en kan ingespan word vir die bepaling van die belang van 'n gebied vir graanproduksie. Die studie gebruik 'n graanproduksiemodel, wat die produksiepotensiaal van vier graansoorte (mielies, giers, sorgum and koring) modeleer en drie graanproduksiedoelwitte stel. Die doelwitte is gebaseer op die minimum graanaanvraag en twee modelle van graanverbruik. Onvervangbaarheid is bepaal met "C-Plan" sagteware en die gegenereerde graanproduksie "onvervangbaarheidswaardes" is- ruimtelik vergelyk met biodiversiteit onvervangbaarheidswaardes. Hoer graanproduksiedoelwitte verhoog die onvervangbaarheid van areas vir graanproduksie. Dit verhoog ook die aantal areas met 'n hoe onvervangbaarheid vir biodiversiteitsbewaring en graanproduksie, en verhoog dus die aantal areas met 'n hoe landsgebruik konflik-potensiaal. Sulke konflikgebiede val primer in areas met hoe graanproduksiepotentiaal (bv. die sentraal-oostlike gebiede van die opvangsgebied - grootliks in die grasveld bioom). Die biodiversiteitskenmerke en graanproduksiepotentiaal van die areas is egter bekend, en maak die potensiele afspeling tussen bewarings- en produksie doelwitte haalbaar. Areas met konflik potentiaal kan vermy word deur optimerings keuringsalgoritmes, wat strewe om biodiversiteitsbewaringsdoelwitte te behaal terwyl kostes ten opsigte van altematiewe landsgebruike ge-minimaliseer word, te gebruik. C-Plan volg 'n iteratiewe heuristiese benadering om kostes te verlaag en slaag daarin om moontlike konflik areas te vermy. Optimeringsalgoritmes verskaf egter beter oplossings. MARXAN gebruik 'n gesimuleerde anneuliese algoritme wat meer komplekse probleme omtrent biodiversiteitsbewaring en graanproduksie kan oplos. Die sensitiwiteit van algoritme parameters, wat die balans tussen biodiversiteitsdoelwitte en die koste-drumpelwaardes vir graanproduksie bepaal, is ondersoek. Drie beplannings parameters is gebruik: die bewaringsdoelwit-boete-drumpelwaarde, die koste-drumpelwaarde en die koste-drumpelwaarde-kontrole-parameter. Resultate toon hoe die balans tussen die boetes vir die nie behaling van biodiversiteitsdoelwitte en die oorskreiding van graanproduksie kostedrumpelwaardes, kritiek is. MARXAN produseer meervuldige goeie oplossings vir 'n probleem, wat die frekwensie waarmee individuele gebiede oor alle oplossings geselekteer word, aandui. Die grootste ruimtelik variasie tussen oplossings was in die sentraal-oostlike dele van die opvangsgebied, waar graan produksiepotentiaal en biodiversiteitskenmerke albei hoog is. As graanproduksiedoelwitte verhoog, raak areas in die ooste van die opvangsgebied toenemend moeilik om te vermy. Afspelings tussen doelwitte in hierdie areas raak dan onvermydelik. Die vergelyking tusen "C-Plan"en MARXAN maak d it duidelik dat die verwantskap tussen insette en beplanningsparameters van uitsette van kritieke belang is vir effektiewe bewaringsbeplanning. By C -Plan word dit beperk deur die kombinasie grootte en die reels ingespan tydens die seleksie proses. In MARXAN word verskeie inset parameters benodig, wat meer veranderlike uitsette !ewer. Die keuse oor welke sagteware platform ingespan moet word hang af van verskeie faktore, maar beter dokumentasie van beste praktyke, kennis rondom die sensitiwiteit van bewaringsuitsette vir inset parameters, en bewusmaking onder gebruikers word benodig. Die vermoe om gebiede direk te vergelyk in terme van hul onvervangbaarheid vir biodiversiteitsdoelwitte en graanproduksiedoelwitte, maak konstruktiewe afspelings tussen kompeterende landsgebruike moontlik. Die insluiting van graanproduksiepotentiaal in 'n bewaringsbeplanningsraamwerk demonstreer verskillende oplossings wat onderhandelinge rondom die daarstel van meer koste effektiewe en sosiaal aanvaarbare bewaringsplanne kan aanhelp. Sleutelwoorde: bewaringsbeplanning, biodiversiteit, graanproduksie, onvervangbaarheid, afspeling, geleentheidskostes, MARXAN, C-Plan.
Description
Thesis (MSc)--University of Stellenbosch, 2006.
Keywords
Biodiversity conservation -- South Africa -- Gariep Basin, Conservation of natural resources -- South Africa -- Gariep Basin, Grain -- South Africa -- Gariep Basin